本發(fā)明涉及一種電流復(fù)用型高頻放大器電路，屬于集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

低功耗設(shè)計(jì)技術(shù)是集成電路重要的一個(gè)技術(shù)方向和發(fā)展趨勢，以更低的功耗實(shí)現(xiàn)所需性能指標(biāo)。高頻放大器在高頻通信電路中占有重要的地位，高頻前端系統(tǒng)的噪聲性能主要取決于位于信號鏈最前端的高頻放大器，后級電路的噪聲通過高頻放大器的增益進(jìn)行抑制，因此高頻放大器需要有較低的噪聲系數(shù)和較高的增益。同時(shí)，放大器的噪聲通常與直流工作電流成反比，因此為了獲得較小的噪聲，放大器需要較大的直流工作電流。傳統(tǒng)高頻放大器為了獲得較大增益，通常采用多級級聯(lián)的結(jié)構(gòu)（如圖1所示），由于為了獲得較小噪聲，因此每級直流功耗也較大，所以整體功耗就在前端電路中占據(jù)了較大比重。

以更小的功耗獲得較大的增益及較小的噪聲是高頻放大器的設(shè)計(jì)重點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種電流復(fù)用型高頻放大器電路，能夠充分利用較小的直流功耗獲得較大的增益和較小的噪聲。

按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述電流復(fù)用型高頻放大器電路，其特征是：包括采用堆疊形式的第一級放大器電路和第二級放大器電路、以及分別為第一級放大器電路和第二級放大器電路提供直流偏置電壓的偏置電路；所述第一級放大電路和第二級放大電路采用相同的共源偽差分電路結(jié)構(gòu)，輸出負(fù)載為電阻；所述第一級放大電路的輸出端信號通過交流耦合電容連接到第二級放大電路的輸入端，第二級放大電路的輸出端信號作為高頻放大器電路的輸出信號。

進(jìn)一步的，所述偏置電路由兩部分構(gòu)成，第一部分包括運(yùn)算放大器，運(yùn)算放大器的輸出通過兩個(gè)偏置電阻分別連接到第一級放大器電路的差分對的柵極，提供直流偏置電壓；第二部分包括NMOS晶體管，NMOS晶體管的柵極和漏極連接，并通過兩個(gè)偏置電阻分別連接到第二級放大器電路的差分對的柵極，提供直流偏置電壓。

進(jìn)一步的，所述第一級放大器電路的輸出負(fù)載電阻連接到第二級放大器電路的差分對的兩個(gè)NMOS晶體管的源極，同時(shí)連接到偏置電路第一部分中運(yùn)算放大器的正極輸入端。

進(jìn)一步的，所述第一級放大器電路包括第一NMOS晶體管NM1、第二NMOS晶體管NM2、第一電容C1、第二電容C2、第一電阻R1和第二電阻R2；放大器正輸入端VIP連接到第一電容C1一端，第一電容C1的另一端連接第一NMOS晶體管NM1的柵極，放大器負(fù)輸入端VIN連接到第二電容C2一端，第二電容C2的另一端與第一NMOS晶體管NM2的柵極連接，第一NMOS晶體管NM1和第二NMOS晶體管NM2的源極接地，第一電阻R1的一端連接第一NMOS晶體管NM1的漏極，第一電阻R1與第一NMOS晶體管NM1漏極的連接點(diǎn)作為第一級放大器的負(fù)輸出端，第二電阻R2的一端連接第二NMOS晶體管NM2的漏極，第二電阻R2和第二NMOS晶體管NM2漏極的連接點(diǎn)作為第一級放大器的正輸出端，第一電阻R1的另一端與第二電阻R2的另一端連接。

進(jìn)一步的，所述第二級放大器電路包括第三NMOS晶體管NM3、第四NMOS晶體管NM4、第三電容C3、第四電容C4、第三電阻R3和第四電阻R4；第一級放大器的負(fù)輸出端連接到第三電容C3一端，第三電容C3的另一端連接第三NMOS晶體管NM3的柵極，第一級放大器的正輸出端連接到第四電容C4一端，第四電容C4的另一端與第四NMOS晶體管NM4的柵極連接，第三NMOS晶體管NM3和第四NMOS晶體管NM4的源極相連接，并連接到第一級放大器的第一電阻R1和第二電阻R2的連接點(diǎn)，第三電阻R3的一端連接第三NMOS晶體管NM3的漏極，第三電阻R3和第三NMOS晶體管NM3漏極的連接點(diǎn)作為電流復(fù)用型高頻放大器的正輸出端VON，第四電阻R4的一端連接第四NMOS晶體管NM4的漏極，第四電阻R4和第四NMOS晶體管NM4漏極的連接點(diǎn)作為電流復(fù)用型高頻放大器的負(fù)輸出端VOP，第三電阻R3的另一端與第四電阻R4的另一端均連接到電源。

進(jìn)一步的，所述偏置電路包括偏置電流IB、第五NMOS晶體管NM0、運(yùn)算放大器OPA、第一偏置電阻RB1、第二偏置電阻RB2、第三偏置電阻RB3和第四偏置電阻RB4；偏置電流IB一端連接電源，另一端連接第五NMOS晶體管NM0的柵極和漏極，并連接到第三偏置電阻RB3和第四偏置電阻RB4的一端，第三偏置電阻RB3的另一端連接到第三NMOS晶體管NM3的柵極，第四偏置電阻RB4的另一端連接到第四NMOS晶體管NM4的柵極；

運(yùn)算放大器OPA的正輸入端連接至第一級放大器的第一電阻R1和第二電阻R4的連接點(diǎn)，同時(shí)與第二級放大器的第三NMOS晶體管NM3和第四NMOS晶體管NM4的源極連接，運(yùn)算放大器OPA的負(fù)輸入端連接基準(zhǔn)電壓VREF；所述運(yùn)算放大器OPA的輸出端連接補(bǔ)第一偏置電阻RB1和第二偏置電阻RB2的一端，第一偏置電阻RB1的另一端連接到第一NMOS晶體管NM1的柵極，第二偏置電阻RB2的另一端連接到第二NMOS晶體管NM2的柵極。

進(jìn)一步的，所述運(yùn)算放大器OPA的輸出端還連接補(bǔ)償電容CL的一端，補(bǔ)償電容CL的另一端連接至第一NMOS晶體管NM1和第二NMOS晶體管NM2的源極。

進(jìn)一步的，所述基準(zhǔn)電壓VREF的值為電源電壓的一半。

本發(fā)明所述電流復(fù)用結(jié)構(gòu)的高頻放大器電路，能夠?qū)崿F(xiàn)兩級信號放大的功能。本發(fā)明采用兩級放大器堆疊的形式，共用直流偏置電流，通過偏置電路合理設(shè)置放大器的直流工作點(diǎn)，充分利用較小的直流功耗獲得較大的增益和較小的噪聲。

附圖說明

圖1為多級放大器的結(jié)構(gòu)框圖。

圖2為本發(fā)明所述電流復(fù)用型高頻放大器電路的示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

如圖2所示：所述電流復(fù)用型高頻放大器電路包括第一級放大器電路21、第二級放大器電路22和偏置電路23。

所述第一級放大器電路21與第二級放大器電路22電路結(jié)構(gòu)相同，采用偽差分形式，第一級放大器電路的“電源”端與第二級放大器電路的“地”端相連接，即采用堆疊結(jié)構(gòu)形式。

所述偏置電路23為第二級放大器電路22輸入差分對提供柵極偏置電壓，從而提供偏置電流，第一級放大器與第二級放大器電流復(fù)用，所以該偏置電壓為本發(fā)明所述電流復(fù)用型高頻放大器提供偏置電流；所述偏置電路23通過運(yùn)算放大器組成負(fù)反饋回路為第一級放大器的“電源”即第二級放大器的“地”提供固定的偏置電壓。

如圖2所示，所述第一級放大器電路21和第二級放大器電路22采用相同的共源偽差分電路結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，輸出負(fù)載為電阻；所述第一級放大器電路的輸出端信號通過交流耦合電容連接到到第二級放大器電路的輸入端，進(jìn)行第二級放大，第二級放大器電路的輸出信號作為整體放大器的輸出信號。具體地：

所述第一級放大器電路21包括第一NMOS晶體管NM1、第二NMOS晶體管NM2、第一電容C1、第二電容C2、第一電阻R1和第二電阻R2；放大器正輸入端VIP連接到第一電容C1一端，第一電容C1的另一端連接第一NMOS晶體管NM1的柵極，放大器負(fù)輸入端VIN連接到第二電容C2一端，第二電容C2的另一端與第一NMOS晶體管NM2的柵極連接，第一NMOS晶體管NM1和第二NMOS晶體管NM2的源極接地，第一電阻R1的一端連接第一NMOS晶體管NM1的漏極，這一點(diǎn)作為第一級放大器的負(fù)輸出端，第二電阻R2的一端連接第二NMOS晶體管NM2的漏極，這一點(diǎn)作為第一級放大器的正輸出端，第一電阻R1的另一端與第二電阻R2的另一端連接；

所述第二級放大器電路22包括第三NMOS晶體管NM3、第四NMOS晶體管NM4、第三電容C3、第四電容C4、第三電阻R3和第四電阻R4；第一級放大器的負(fù)輸出端連接到第三電容C3一端，第三電容C3的另一端連接第三NMOS晶體管NM3的柵極，第一級放大器的正輸出端連接到第四電容C4一端，第四電容C4的另一端與第四NMOS晶體管NM4的柵極連接，第三NMOS晶體管NM3和第四NMOS晶體管NM4的源極相連接，并連接到第一級放大器的第一電阻R1和第二電阻R2的連接點(diǎn)，第三電阻R3的一端連接第三NMOS晶體管NM3的漏極，這一點(diǎn)作為電流復(fù)用型高頻放大器的正輸出端VON，第四電阻R4的一端連接第四NMOS晶體管NM4的漏極，這一點(diǎn)作為電流復(fù)用型高頻放大器的負(fù)輸出端VOP，第三電阻R3的另一端與第四電阻R4的另一端均連接到電源。

所述偏置電路23由兩部分組成，分別為兩級放大器提供直流偏置電壓。第一部分由運(yùn)算放大器OPA組成負(fù)反饋環(huán)路，運(yùn)算放大器OPA的輸出通過兩個(gè)偏置電阻分別接到第一級放大器輸入差分對的柵極，提供直流偏置電壓；第二部分采用二極管連接形式的MOS管形式，其柵極和漏極連接，并通過兩個(gè)偏置電阻分別連接到第二級放大器差分對的柵極，提供直流偏置電壓。具體地：

所述偏置電路23包括偏置電流IB、第五NMOS晶體管NM0、運(yùn)算放大器OPA、第一偏置電阻RB1、第二偏置電阻RB2、第三偏置電阻RB3和第四偏置電阻RB4；偏置電流IB一端連接電源，另一端連接第五NMOS晶體管NM0的柵極和漏極，并連接到第三偏置電阻RB3和第四偏置電阻RB4的一端，第三偏置電阻RB3的另一端連接到第三NMOS晶體管NM3的柵極，第四偏置電阻RB4的另一端連接到第四NMOS晶體管NM4的柵極；

運(yùn)算放大器OPA的正輸入端連接至第一級放大器的第一電阻R1和第二電阻R4的連接點(diǎn)，同時(shí)與第二級放大器的第三NMOS晶體管NM3和第四NMOS晶體管NM4的源極連接，運(yùn)算放大器OPA的負(fù)輸入端連接基準(zhǔn)電壓VREF，基準(zhǔn)電壓VREF的值通常選取為電源電壓的一半，即VDD/2。運(yùn)算放大器OPA的輸出端連接補(bǔ)償電容CL的一端、第一偏置電阻RB1和第二偏置電阻RB2的一端，第一偏置電阻RB1的另一端連接到第一NMOS晶體管NM1的柵極，第二偏置電阻RB2的另一端連接到第二NMOS晶體管NM2的柵極。

本發(fā)明的工作原理：本發(fā)明所述電流復(fù)用型高頻放大器，包括堆疊形式的兩級放大器電路和偏置電路；兩級放大器電路為核心單元，用于高頻信號的放大；偏置電路為兩級放大器電路提供直流偏置。該發(fā)明的重點(diǎn)在于兩級放大器的連接形式是堆疊而非普通的級聯(lián)方式。采用堆疊形式進(jìn)行直流工作電流復(fù)用，從而減小放大器整體功耗。

差分對（NM1、NM2）與負(fù)載電阻（R1、R2）組成偽差分形式的放大器結(jié)構(gòu)，對經(jīng)過耦合電容C1、C2交流耦合的輸入信號進(jìn)行放大；放大后的信號再通過耦合電容C3、C4進(jìn)行交流耦合輸入到第二級放大器，其結(jié)構(gòu)與第一級相同，同樣采用偽差分結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，輸出即為所述電流復(fù)用型高頻放大器的輸出。

偏置電路中IB提供偏置電流，通過晶體管NM0、偏置電阻RB3和RB4為第二級放大器差分對（NM3、NM4）提供偏壓，從而提供等比例的偏置電流；所述高頻放大器的第一級放大器21的“電源”端即第二級放大器22的“地”端作為偏置電路中運(yùn)算放大器OPA的正輸入端，基準(zhǔn)電壓VREF作為負(fù)輸入端，運(yùn)算放大器OPA的輸出端經(jīng)過偏置電阻RB1和RB2為第一級放大器21的差分對提供柵極偏壓，運(yùn)算放大器OPA的輸出端電容CL用于反饋環(huán)路的頻率補(bǔ)償，以調(diào)節(jié)負(fù)反饋環(huán)路的頻率穩(wěn)定性。

本發(fā)明的技術(shù)方案，通過將兩級放大器采用堆疊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得可以復(fù)用直流偏置電流，從而在保證增益的基礎(chǔ)上合理限制了功耗。